Схема и назначение газораспределительного механизма автомобиля

Детали газораспределительного механизма

В этот механизм входят:

• распределительный вал и его привод (шестерни или звездочка и цепь);
• передаточные детали — толкатели с направляющими втулками, а при верхнем расположении клапанов еще штанги и коромысла;
• клапаны, их направляющие втулки и пружины, опорные шайбы пружин с деталями их крепления.

Механизм действует следующим образом. При вращении распределительного вала его кулачок 1 набегает на толкатель 2, который в механизме с нижним расположением клапанов непосредственно открывает клапан 6, а в механизме с верхним расположением клапанов перемещает вверх штангу 7.

Обратите внимание

Штанга поднимает короткое плечо коромысла 9, при этом длинное плечо коромысла, нажимая клапан, открывает его. После прохождения кулачка пружина 4 закрывает клапан и возвращает все детали его привода в исходное положение.

Так же в определенной последовательности открываются и закрываются остальные клапаны двигателя.

Газораспределительные механизмы

Газораспределительные механизмы:

а — с нижним расположением клапанов; б — с верхним расположением клапанов;

1 — кулачки распределительных валов; 2 — толкатели; 3 — регулировочный болт; 4 — пружины клапанов; 5 — направляющие втулки клапанов; 6 — клапаны; 7 — штанга; 8 — регулировочный болт коромысла; 9 — коромысло. Обратите внимание

Распределительный вал отливают из чугуна или штампуют из стали. Он имеет опорные шейки 3, кулачки 2, шестерню 7 привода масляного насоса и эксцентрик 1 привода топливного насоса. У двигателя 3M3-53 этот эксцентрик 10 и противовес 11 установлены на шпонке 12 на переднем конце распределительного вала.

Детали распределительных валов

Детали распределительных валов:

а — двигателя ЗИЛ-130; б — двигателя 3M3-53;

1 — эксцентрик привода топливного насоса; 2 — кулачки; 3 — опорные шейки; 4 — валик привода датчика ограничителя числа оборотов; 5 — шестерня привода распределительного вала; 6 — втулка (подшипник) распределительного вала; 7 — шестерня привода масляного насоса и прерывателя-распределителя; 8 — болт; 9 — шайба; 10 — эксцентрик; 11 — противовес; 12 — шпонка.

Шейки вала, кулачки и эксцентрики термически обрабатывают и шлифуют. Для удобства установки у шеек вала различный диаметр, убывающий от переднего к заднему концу вала. На каждый цилиндр вал имеет по впускному и выпускному кулачку. Одноименные кулачки разных цилиндров у рядных четырехцилиндровых двигателей расположены под углом 90°, у шестицилиндровых — 60°, у V-образных восьмицилиндровых — 45°. 

Распределительный вал вращается во втулках 6, внутренняя поверхность которых залита баббитом.

У V-образных двигателей вал расположен между правым и левым рядами цилиндров, у рядного двигателя ГАЗ-51 — справа, а у двигателя A3ЛK-412 — на головке цилиндров.

За время рабочего цикла четырехтактного двигателя, т. е. за два оборота коленчатого вала, распределительный вал должен открыть по одному разу все клапаны двигателя, совершив для этого один оборот. Поэтому число зубьев шестерни или звездочки распределительного вала вдвое больше числа зубьев шестерни или звездочки коленчатого.

Совмещение меток распределительных шестерен

Совмещение меток распределительных шестерен:

1 — шестерня коленчатого вала; 2 — шестерня распределительного вала;

3 — установочные метки.

Обратите внимание

Вал приводится во вращение у двигателей ЗИЛ-130, 3M3-53, ГАЗ-51 двумя шестернями с косыми зубьями, одну из которых крепят на коленчатом, а другую — на распределительном валу; у двигателя АЗЛК-412 — цепной передачей, состоящей из двух звездочек 1 и 6 и роликовой цепи 5.

Обратите внимание

При установке шестерен или звездочек необходимо совмещать метки на их зубьях. От осевого смещения распределительный вал удерживает фланец, который крепят двумя болтами к передней стенке блока цилиндров. 

Цепной привод распределительного вала двигателя АЗЛК-412

Цепной привод распределительного вала двигателя АЗЛК-412:

Важно

1 — звездочка распределительного вала; 2 — плунжер с пружиной натяжного устройства; 3 — рычаг; 4 — звездочка натяжного устройства; 5 — цепь распределительного вала; 6 — звездочка коленчатого вала;

7 — успокоитель цепи.

Стальные или чугунные, термически обработанные толкатели могут иметь различную форму.

Обратите внимание

У двигателя ГАЗ-51 толкатель выполнен в виде стержня с плоской тарелкой у нижнего конца; в верхнюю часть этого стержня ввертывают регулировочный болт с контргайкой. Толкатели двигателей ЗИЛ-130 и 3M3-53 имеют форму цилиндрического стаканчика, в который сверху вставляют штангу.

Обратите внимание

Штанги изготовляют из стальных или дюралюминиевых трубок, в которые запрессовывают с двух сторон стальные наконечники. Своими сферическими поверхностями наконечники упираются внизу в толкатель, а вверху в выемку плеча коромысла.

При увеличении частоты вращения коленчатого вала сверх 5000 об/мин штанги начинают вибрировать, что влияет на работу двигателя.

В связи с этим на двигателе A3ЛK-412, делающем 5800 об/мин, распределительный вал расположен вверху, и кулачки его воздействуют непосредственно на коромысла 5.

В отверстие коромысла запрессована бронзовая втулка 3. Коромысла устанавливают на пустотелую ось закрепленную в стойках на головке цилиндров.

Детали газораспределительного механизма двигателя A3ЛK-412

Детали газораспределительного механизма двигателя A3ЛK-412:

1 — ось коромысел выпускных клапанов; 2 и 12 — шайбы; 3 — втулки; 4 — пружины; 5 — коромысла; 6 — болт; 7 — планка; 8 — звездочка; 9 — штифт; 10 — распределительный вал; 11 — винт; 13 — установочный фланец; 14 — контргайка; 15 — нажимной винт; 16 — колпачок; 17 — сухари; 18 — наконечник клапана; 19 — упорная шайба; 20 и 23 — опорные шайбы; 21 — внутренняя пружина клапана; 22 — наружная пружина клапана; 24 — направляющие втулки; 25 — седло выпускного клапана; 26 — седло впускного клапана; 27 — выпускной клапан; 28 — впускной клапан; 29 — ось коромысел впускных клапанов. Совет

Цилиндрические пружины 4, установленные на оси 1 между коромыслами, ограничивают их продольное перемещение. В одно плечо коромысла ввернут винт 15 с контргайкой 14.

Клапан, состоящий из головки и стержня, закрывает впускной или выпускной канал цилиндра (головки цилиндров). Диаметр головки впускного клапана больше диаметра головки выпускного, что улучшает наполнение цилиндра свежей горючей смесью. Фаска головки клапана, скошенная под углом 45 или 30°, плотно прилегает к фаске седла 25 или 26.

Впускной клапан изготовляют из хромистой стали, а выпускной — из жаропрочной (сильхромовой) стали. Для увеличения срока службы выпускных клапанов некоторых двигателей, в том числе ЗИЛ-130, делают жаропрочную наплавку посадочной фаски. Чтобы лучше отводить теплоту, стержни выпускных клапанов двигателей ЗИЛ-130 и 3M3-53 изготовлены пустотелыми и наполнены натрием.

Клапаны меньше изнашиваются, если они во время работы постепенно поворачиваются вокруг собственной оси. В двигателе 3M3-53 вращение клапанов достигается установкой между упорной шайбой и сухарями закаленной конической втулки, наружный конус которой не полностью совпадает с внутренним конусом упорной шайбы. Выпускные клапаны у двигателя ЗИЛ-130 имеют механизм принудительного вращения клапана. 

Механизм вращения выпускного клапана

Механизм вращения выпускного клапана:

1 — выпускной клапан; 2 — неподвижный корпус; 3 — шарик; 4 — упорная шайба; 5 — замочное кольцо; 5 — пружина клапана; 7 — тарелка пружины клапана; 8 — сухарь клапана; 9 — дисковая пружина; 10 — возвратная пружина; 11 — натриевое наполнение; 12 — жаропрочная наплавка; 13 — заглушка.

Обратите внимание

Седла клапанов изготовляют в виде вставных колец из жаропрочной стали и запрессовывают в головку или блок цилиндров.

Направляющие втулка стержней клапанов делают чугунными или металлокерамическими и запрессовывают в блок или головку цилиндров. Стопорное кольцо или буртик на верхнем конце втулок препятствует их смещению в осевом направлении.

Обратите внимание

Пружина 6 обеспечивает плотную посадку клапана в седло. Изготовляют пружины из специальной стальной проволоки. Пружины имеют переменный шаг, что устраняет вибрацию витков. На каждый клапан двигателя АЗЛК-412 устанавливают по две пружины 21 и 22, имеющих противоположное направление витков.

Обратите внимание

Обратите внимание

Пружина упирается одним концом в блок цилиндров (ГАЗ-51) или шайбу на головке цилиндров (при верхнем расположении клапанов), а другим концом в упорную шайбу 19, которую удерживают два конических сухаря 17, входящие в выточку на стержне клапана. На стержни впускных клапанов устанавливают резиновые колпачки 16, уменьшающие возможность попадания масла в цилиндры.

Обратите внимание

Для обеспечения плотной посадки клапана в седло во время работы, когда стержень удлиняется, между клапаном и толкателем или коромыслом должен быть тепловой зазор.

Двигатель
Величина теплового зазора, мм (зазор контролируют на холодном двигателе)

впускной клапан
выпускной клапан

3M3-53
0,25 — 0,30
0,25 — 0,30

ГАЗ-51
0,20 — 0,23
0,25 — 0,28

ЗИЛ-130
0,25 — 0,30
0 25 — 0,30

АЗЛК-412
0,15
0,15

«Автомобиль», под. ред. И.П.Плеханова

Загрузка…

Газораспределительный механизм (ГРМ)

Назначение и характеристика

Газораспределительным называется механизм, осуществляющий открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов двигателя.

Газораспределительный механизм (ГРМ) служит для своевременного впуска горючей смеси или воздуха в цилиндры двигателя и выпуска из цилиндров отработавших газов.

В двигателях автомобилей применяются газораспределительные механизмы с верхним расположением клапанов. Верхнее расположение клапанов позволяет увеличить степень сжатия двигателя, улучшить наполнение цилиндров горючей смесью или воздухом и упростить техническое обслуживание двигателя в эксплуатации.

Двигатели автомобилей могут иметь газораспределительные механизмы различных типов (рисунок 1), что зависит от компоновки двигателя и, главным образом, от взаимного расположения коленчатого вала, распределительного вала и впускных и выпускных клапанов. Число распределительных валов зависит от типа двигателя.

Обратите внимание

Рисунок 1 – Типы газораспределительных механизмов, классифицированных по различным признакам

При верхнем расположении распределительный вал устанавливается в головке цилиндров, где размещены клапаны. Открытие и закрытие клапанов производится непосредственно от распределительного вала через толкатели или рычаги привода клапанов. Привод распределительного вала осуществляется от коленчатого вала с помощью роликовой цепи или зубчатого ремня.

Обратите внимание

Верхнее расположение распределительного вала упрощает конструкцию двигателя, уменьшает массу и инерционные силы возвратно-поступательно движущихся деталей механизма и обеспечивает высокую надежность и бесшумность его работы про большой частоте вращения коленчатого вала двигателя.

Обратите внимание

Цепной и ременный приводы распределительного вала также обеспечивают бесшумную работу газораспределительного механизма.

При нижнем расположении распределительный вал устанавливается в блоке цилиндров рядом с коленчатым валом. Открытие и закрытие клапанов производится от распределительного вала через толкатели штанги и коромысла.

Важно

Привод распределительного вала осуществляется с помощью шестерен от коленчатого вала. При нижнем расположении распределительного вала усложняется конструкция газораспределительного механизма и двигателя. При этом возрастают инерционные силы возвратно-поступательно движущихся деталей газораспределительного механизма.

Число распределительных валов в газораспределительном механизме и число клапанов на один цилиндр зависят от типа двигателя. Так, при большем числе впускных и выпускных клапанов обеспечивается лучшие наполнение цилиндров горючей смесью и их очистка от отработавших газов. В результате двигатель может развивать большие мощность и крутящий момент.

При нечетном числе клапанов на цилиндр число впускных клапанов на один клапан больше, чем выпускных.

Конструкция и работа газораспределительного механизма

Газораспределительные механизмы независимо от расположения распределительных валов в двигателе включают в себя клапанную группу, передаточные детали и распределительные валы с приводом.

В клапанную группу входят впускные и выпускные клапаны, направляющие втулки клапанов и пружины клапанов с деталями крепления.

Обратите внимание

Передаточными деталями являются толкатели, направляющие втулки толкателей, штанги толкателей, коромысла, ось коромысел, рычаги привода клапанов, регулировочные шайбы и регулировочные болты.

Однако при верхнем расположении распределительного вала толкатели, направляющие втулки и штанги толкателей, коромысла и ось коромысел обычно отсутствуют.

Обратите внимание

На рисунке 2 представлен газораспределительный механизм двигателя с верхним расположением клапанов, с верхним расположением распределительного вала с цепным приводом и с двумя клапанами на цилиндр. Он состоит из распределительного вала 14 с корпусом 13 подшипников, привода распределительного вала, рычагов 11 привода клапанов, опорных регулировочных болтов 18 клапанов 1 и 22, направляющих втулок 4, пружин 7 и 8 клапанов с деталями крепления.

Рисунок 2 – Газораспределительный механизм легкового автомобиля с цепным приводом

1, 22 – клапаны; 2 – головка; 3 – стержень; 4, 20 – втулки; 5 – колпачок; 6 – шайбы; 7, 8, 17 – пружины; 9 – тарелка; 10 – сухарь; 11 – рычаг; 12 – фланец; 13 – корпус; 14 – распределительный вал; 15 – шейка; 16 – кулачок; 18 – болт; 19 – гайка; 21 – пластина; 23 – кольцо; 24, 27, 28 – звездочки; 25 – цепь; 26 – успокоитель; 29 – палец; 30 – башмак; 31 – натяжное устройство

Распределительный вал обеспечивает своевременное открытие и закрытие клапанов. Распределительный вал – пятиопорный, отлит из чугуна. Он имеет опорные шейки 15 и кулачки 16 (впускные и выпускные). Внутри вала проходит канал, через который подводится масло от средней опорной шейки к другим шейкам и кулачкам.

К переднему торцу вала крепится ведомая звездочка 24 цепного привода. Вал устанавливается в специальном корпусе 13 подшипников, отлитом из алюминиевого сплава, который закреплен на верхней плоскости головки блока цилиндров.

От осевых перемещений распределительный вал фиксируется упорным фланцем 12, который входит в канавку передней опорной шейки вала и прикрепляется к торцу корпуса подшипников.

Привод распределительного вала осуществляется через установленную на нем ведомую звездочку 24 двухрядной роликовой цепью 25 от ведущей звездочки 28 коленчатого вала.

Этой цепью также вращается звездочка 27 вала привода масляного насоса. Привод распределительного вала имеет полуавтоматический натяжной механизм, состоящий из башмака и натяжного устройства. Цепь натягивается башмаком 30, на который воздействуют пружины натяжного устройства 31. Для гашения колебаний ведущей ветви цепи служит успокоитель 26.

Совет

Башмак и успокоитель имеют стальной каркас с привулканизированным слоем резины. Ограничительный палец 29 предотвращает спадание цепи при снятии на автомобиле ведомой звездочки распределительного вала.

Клапаны открывают и закрывают впускные и выпускные каналы.

Клапаны установлены в головке блока цилиндров в один ряд под углом к вертикальной оси цилиндров двигателя. Впускной клапан 1 для лучшего наполнения цилиндров горючей смесью имеет головку большего диаметра, чем выпускной клапан. Он изготовлен из специальной хромистой стали, обладающей высокой износостойкостью и теплопроводностью.

Выпускной клапан 22 работает в более тяжелых температурных условиях, чем впускной. Он выполнен составным. Его головку делают из жаропрочной хромистой стали, а стержень – из специальной хромистой стали.

Каждый клапан состоит из головки 2 и стержня 3.

Головка имеет конусную поверхность (фаску), которой клапан при закрытии плотно прилегает к седлу из специального чугуна, установленному в головке блока цилиндров и имеющему также конусную поверхность.

Обратите внимание

Стержень клапана перемещается в чугунной направляющей втулке 4, запрессованной и фиксируемой стопорным кольцом 23 в головке блока цилиндров, обеспечивающей точную посадку клапана. На втулку надевается маслоотражательный колпачок 5 из маслостойкой резины. Клапан имеет две цилиндрические пружины: наружную 8 и внутреннюю 7.

Пружины крепятся на стержне клапана с помощью шайб 6, тарелки 9 и разрезного сухаря 10. Клапан приводится в действие от кулачка распределительного вала стальным кованным рычагом 11, который опирается одним концом на регулировочный болт 18, а другим – на стержень клапана. Регулировочный болт имеет сферическую головку. Он ввертывается в резьбовую втулку 20, закрепленную в головке блока цилиндров и застопоренную пластиной 21, и фиксируется гайкой 19. Регулировочным болтом устанавливается необходимый зазор между кулачком распределительного вала и рычагом привода клапана, равный 0,15 мм на холодном двигателе и 0,2 мм на горячем двигателе (прогретом до 75…85 °C). Пружина 17 создает постоянный контакт между концом рычага привода и стержнем клапана.

Принцип работы

Газораспределительный механизм (ГРМ) работает следующим образом. При вращении распределительного вала его кулачки в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя поочередно набегают на рычаги 11.

Рычаги, поворачиваясь одним концом на сферических головках регулировочных болтов 18, другим концом воздействуют на стержни клапанов, преодолевают сопротивление пружин 7, 8 и открывают клапаны.

При дальнейшем повороте распределительного вала кулачки сходят с рычагов, которые возвращаются в исходное положение под действием пружин 17, а клапаны закрываются под действием пружин 7 и 8.

При работе двигателя распределительный вал вращается в два раза медленнее, чем коленчатый вал.

Это связано с тем, что за период рабочего цикла двигателя, протекающего за два оборота коленчатого вала, впускной и выпускной клапаны каждого цилиндра должны открываться по одному разу.

Обратите внимание

Нормальная работа газораспределительного механизма (ГРМ) во многом зависит от теплового зазора между кулачками распределительного вала и рычагами привода клапанов. Этот зазор обеспечивает плотное закрытие клапанов при их удлинении в результате нагрева во время работы. При недостаточном тепловом зазоре или его отсутствии происходит неполное закрытие клапанов, что приводит к утечке газов, быстрому обгоранию фасок головок клапанов и снижению мощности двигателя.

Привод распределительного вала

Особенностью привода распределительного вала (рисунок 3) является применение ременной передачи. Привод распределительного вала осуществляется через установленный на нем зубчатый шкив 4 ремнем 5 от зубчатого шкива 1 коленчатого вала. С помощью этого ремня также вращается зубчатый шкив 8 вала привода масляного насоса.

Рисунок 3 – Ременный привод распределительного вала

1, 4, 8 – шкивы; 2 – болты; 3 – ролик; 5 – ремень; 6 – кронштейн; 7 – пружина

Ремень – зубчатый, изготовлен из резины, армированной стекловолокном. Зубья ремня имеют трапециевидную форму. Ремень натягивается с помощью натяжного ролика 3, закрепленного на кронштейне 6.

Натяжение ремня регулируют пружиной 7 на неработающем двигателе при ослабленных болтах 2 крепления кронштейна натяжного ролика. Привод распределительного вала работает без смазки и снаружи закрыт тремя пластмассовыми крышками.

Обратите внимание

Газораспределительный механизм двигателя, представленный на рисунке 4, состоит из распределительного вала 2 с двумя корпусами 1 подшипников, привода распределительного вала, толкателей 4, регулировочных шайб 3, направляющих втулок 6, клапанов 7, пружин 5 клапанов с деталями крепления.

Рисунок 4 – Газораспределительный механизм (а) с верхним расположением распределительного вала и его привод (б):

1 – корпус; 2 – распределительный вал; 3 – шайба; 4 – толкатель; 5 – пружина; 6 – втулка; 7 – клапан; 8, 9, 11 – шкивы; 10 – ролик; 12 – ремень; 13 – ось

Распределительный вал чугунный, литой, пятиопорный. В задней части вала 2 находится эксцентрик для привода топливного насоса. Корпуса 1 подшипников распределительного вала отлиты из алюминиевого сплава. В них находятся верхние половины опор под шейки распределительного вала: две в переднем корпусе и три в заднем.

Толкатели 4 клапанов – стальные, цилиндрические, передают усилия от кулачков распределительного вала на клапаны. В верхней части толкателей имеется гнездо для установки регулировочной шайбы. Регулировочные шайбы 3 – плоские, стальные, толщиной 3,00…4,25 мм с интервалом через каждые 0,05 мм. Подбором толщины этих шайб регулируется тепловой зазор между шайбой и кулачком распределительного вала.

Важно

Клапаны 7 (впускной, выпускной) отличаются по конструкции и изготовлены из разных сталей. Впускной клапан имеет головку большего диаметра, чем выпускной. Он выполнен из хромоникельмолибденовой стали. Выпускной клапан – составной, сварен из двух частей. Головка клапана изготавливается из жаропрочной хромоникельмарганцовистой стали, а стержень – из хромоникельмолибденовой стали.

Направляющие втулки 6 клапанов – чугунные, запрессовываются и фиксируются стопорными кольцами в головке блока цилиндров.

Пружины 5 (наружная, внутренняя) прижимают клапан к седлу и не дают ему отрываться от толкателя. Они также исключают возникновение резонансных колебаний деталей.

Обратите внимание

Привод распределительного вала производится через установленный на нем зубчатый шкив 11 ремнем 12 от зубчатого шкива 8 коленчатого вала. Этим же ремнем вращается зубчатый шкив 9 насоса охлаждающей жидкости. Ремень – зубчатый, резиновый, армирован стекловолокном. Зубья ремня имеют полукруглую форму.

Ремень натягивается роликом 10, который вращается на эксцентриковой оси 13, установленной на шпильке, закрепленной в головке блока цилиндров. При повороте эксцентриковой оси относительно шпильки изменяется натяжение ремня. Привод распределительного вала работает без смазочного материала. Он закрыт двумя крышками – передней пластмассовой и задней стальной.

Обратите внимание

При вращении распределительного вала его кулачок набегает на шайбу 3 и толкатель 4. Толкатель действует на стержень клапана 7, преодолевает сопротивление пружин 5 и открывает клапан. При дальнейшем повороте кулачок сходит с толкателя, который возвращается в исходное положение под действием пружин 5, закрывающих клапан.

Газораспределительный механизм с нижним расположением распределительного вала

На рисунке 5 показан газораспределительный механизм двигателя с нижним расположением распределительного вала. Газораспределительный механизм верхнеклапанный, с шестеренным приводом и двумя клапанами на цилиндр.

Рисунок 5 – Газораспределительный механизм с нижним расположением распределительного вала

1 – распределительный вал; 2 – клапан; 3, 20 – втулки; 4 – пружина; 5 – коромысло; 6 – ось; 7 – винт; 8 – штанга; 9 – толкатель; 10, 11, 12 – шестерни; 13 – шейка; 14 – эксцентрик; 15 – кулачок; 16 – сухарь; 17, 19 – шайбы; 18 – колпачок

Механизм включает в себя распределительный вал 1, привод распределительного вала, толкатели 9, штанги 8 толкателей, регулировочные винты 7, ось 6 коромысел, коромысла 5, клапаны 2, направляющие втулки 3 клапанов и пружины 4 с деталями крепления.

Обратите внимание

Распределительный вал – стальной, кованый, имеет пять опорных шеек 13, кулачки 15 (впускные и выпускные), шестерню 12 привода масляного насоса и распределители зажигания, а также эксцентрик 14 привода топливного насоса.

Вал установлен в блоке цилиндров двигателя на запрессованных биметаллических втулках, изготовленных из стали и покрытых изнутри слоем свинцовистого баббита.

Привод распределительного вала осуществляется через прикрепленную к его переднему концу ведомую шестерню 10, изготовленную из текстолита.

Совет

Она находится в зацеплении с ведущей стальной шестерней 11, установленной на коленчатом валу. Обе шестерни выполнены косозубыми для уменьшения шума и обеспечения плавной работы. Передаточное отношение шестеренного привода – отношение числа зубьев ведущей шестерни к числу зубьев ведомой шестерни – равно 1:2, т.е.

ведомая шестерня 10 имеет в два раза больше зубьев, чем ведущая шестерня 11. Это необходимо для того, чтобы за два оборота коленчатого вала распределительный вал совершал один оборот, обеспечивая за полный цикл двигателя открытие впускного и выпускного клапанов каждого цилиндра по одному разу.

Обратите внимание

Толкатели 9 служат для передачи усилия от кулачков распределительного вала к штангам 8. Они изготовлены из стали, и их торцы, соприкасающиеся с кулачками, выполнены сферическими и наплавлены отбеленным чугуном для уменьшения изнашивания. Внутри толкатели имеют сферические углубления для установки штанг.

Толкатели перемещаются в направляющих отверстиях блока цилиндров.

Штанги 8 передают усилие от толкателей к коромыслам 5. Они изготовлены из алюминиевого сплава, и на их концы напрессованы стальные наконечники.

Коромысла 5 предназначены для передачи усилия от штанг к клапанам.

Коромысла стальные, имеют неравные плечи для уменьшения высоты подъема толкателей и штанг, в их короткие плечи ввернуты винты 7 для регулирования теплового зазора. Коромысла установлены на втулках на полой оси 6, закрепленной в головке цилиндров.

Клапаны 2 изготовлены из легированных жаропрочных сталей.

Для лучшего наполнения цилиндров двигателя горючей смесью диаметр головки у впускного клапана больше, чем у выпускного.

Пружины 4 изготовлены из рессорно-пружинной стали. Деталями их крепления являются шайбы 17 и 19, сухари 16 и втулки 20. Резиновые маслоотражательные колпачки 18, установленные на впускных клапанах, исключают проникновение масла через зазоры между направляющими втулками и стержнями впускных клапанов.

Работа механизма

Газораспределительный механизм (ГРМ) работает следующим образом. При вращении распределительного вала его кулачки поочередно набегают на толкатели 9 в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя.

Усилие от толкателей 9 через штанги 8 передается к коромыслам 5, которые, поворачиваясь на оси 6, воздействуют на стержни клапанов 2, преодолевают сопротивление пружин 4 и открывают клапаны.

При дальнейшем повороте распределительного вала кулачки сходят с толкателей, которые вместе со штангами и коромыслами возвращаются в исходное положение под действием пружин, закрывающих также клапаны.

Ссылки

Неисправности и техническое обслуживание ГРМ

Назначение и принцип работы ГРМ

ГРМ — это один из наиболее ответственных и сложных узлов в автомобиле. Газораспределительный механизм управляет впускными и выпускными клапанами двигателя внутреннего сгорания.

На такте впуска ГРМ выполняет открытие впускного клапана, благодаря чему воздух и бензин попадают в камеру сгорания. На такте выпуска открывается выпускной клапан и удаляются отработанные газы.

Давайте подробно рассмотрим устройство, принцип действия, типичные поломки и многое другое.

Основные узлы ГРМ

Основным элементом газораспределительного механизма является распредвал. Их может быть несколько или же один в зависимости от конструктивных особенностей ДВС. Распределительный вал выполняет своевременное открытие и закрытие клапанов. Изготавливается из стали или чугуна, а устанавливается в блоке цилиндров или картере.

Отсюда можно сделать вывод, что есть несколько конструкций двигателей — с верхним и нижним расположением распределительного вала. На валу имеются кулачки, которые при вращении распредвала оказывают действие через толкатели на клапан. Для каждого клапана предусмотрен свой толкатель и кулачок.

Впускные и выпускные клапаны необходимы для подачи топливно-воздушной смеси в камеру сгорания и удаления отработанных газов.

Впускные клапаны выполняют из стали с хромированным покрытием, а выпускные — из жаропрочной стали. Клапан имеет стержень, на котором крепится тарелка.

Обычно впускные и выпускные клапаны отличаются между собой диаметром тарелки. Также к ГРМ стоит отнести штанги и привод.

Устройство газораспределительного механизма

Стоит еще несколько слов сказать об устройстве впускных и выпускных клапанов. Стержень клапана имеет цилиндрическую форму и канавку для установки пружины. Движение клапанов возможно только в одном направлении — к втулкам. Для того чтобы моторное масло не попадало в камеру сгорания, ставят уплотнительные колпачки из маслостойкой резины.

Есть еще такой узел, как привод ГРМ. Это передача вращения с коленчатого на распределительный вал. Примечательно то, что на два оборота коленвала приходится один распределительного. Собственно, это является рабочим циклом, при котором происходит открытие клапанов. Стоит заметить, что мотор с двумя распределительными валами более мощный и имеет выше КПД.

Особенно это заметно на высоких оборотах. К примеру, когда ДВС оснащается одним распредвалом, то маркировка выглядит так: 1,6 литра и 8 клапанов. А вот два вала — это уже всегда в два раза большее количество клапанов, то есть 16. Ну а сейчас пойдем дальше.

Принцип работы газораспределительного механизма

Принцип действия на всех моторах, если речь идет о таких типах, как ДВС, практически одинаков. Всю работу можно условно разделить на 4 этапа:

• впрыск топлива;
• сжатие;
• рабочий цикл;
• удаление отработанных газов.

Подача горючего в камеру сгорания осуществляется за счет движения коленчатого вала из верхней мертвой точки (ВМТ) в нижнюю мертвую точку (НМТ). При начале движения поршня открываются впускные клапаны, и топливно-воздушная смесь подается в камеру сгорания. После этого клапан закрывается, коленвал за это время проворачивается на 180 градусов от исходного положения.

После того как поршень доходит до НМТ, он поднимается вверх. Следовательно, начинается фаза сжатия. Когда достигается ВМТ, фаза считается законченной. Коленвал в это время проворачивается на 360 градусов от своего начального положения.

Рабочий ход и удаление газов

Когда поршень достигает ВМТ, происходит воспламенение рабочей смеси от свечей зажигания. В это время достигается максимальный момент сжатия и оказывается высокое давление на поршень, который начинает движение к нижней мертвой точке. Когда поршень опустится, то рабочий ход можно считать законченным.

Заключительная фаза — удаление отработанных газов из камеры сгорания. Когда поршень достиг НМТ и начинает свое движение к ВМТ, происходит открытие выпускного клапана и избавление камеры сгорания от газов, которые образовались в результате горения топливно-воздушной смеси.

При достижении поршня НМТ фазу удаления газов принято считать законченной. При этом коленчатый вал от своего начального положения проворачивается на 720 градусов. Для достижения максимальной точности необходима синхронизация газораспределительного механизма двигателя с коленчатым валом.

Основные неисправности ГРМ

От того, насколько своевременно и качественно будет проводиться техническое обслуживание мотора, зависит его техническое состояние. В процессе эксплуатации все элементы подвергаются износу. Это касается и ГРМ. Основные неисправности механизма выглядят следующим образом:

• Низкая компрессия и хлопки в выпускной системе. В процессе эксплуатации двигателя внутреннего сгорания образуется нагар, который становится причиной неплотного прилегания клапана к седлу. На клапанах появляются раковины, а иногда и сквозные отверстия (прогар). Также компрессия падает из-за деформации головки блока цилиндров и прохудившейся прокладки.
• Заметное падение мощности и тяги, посторонние металлические стуки и троение. Основная причина — неполное открытие впускных клапанов в результате большого теплового зазора. Часть воздушно-топливной смеси не попадает в камеру сгорания. Это происходит из-за выхода из строя гидрокомпенсаторов.
• Механический износ деталей. Происходит в процессе эксплуатации двигателя и считается нормальным явлением. В зависимости от периодичности и качества обслуживания ДВС признаки критического износа на одном типе силового агрегата могут проявляться при различном пробеге.
• Износ цепи или ремня ГРМ. Цепь растягивается и может перескочить или вовсе порваться. Это касается и ремня, срок службы которого ограничен не только пробегом, но и временем.

Как выполняется диагностика ГРМ?

Газораспределительный механизм ВАЗ или любой другой машины работает по одному принципу. Следовательно, способы диагностики и основные неисправности, как правило, одни и те же. Основные поломки — неполное открытие клапанов и неплотное прилегание к гнездам.

Если клапан не закрывается, то появляются хлопки во впускном и выпускном коллекторах, а также снижается тяга и мощность мотора. Происходит это из-за нагара на гнездах и клапанах, а также по причине потери упругости пружин.

Диагностика проводится довольно просто. Первым делом проверяют фазы газораспределения. Дальше замеряют тепловые зазоры между коромыслом и клапаном.

Обратите внимание

Помимо этого проверяется зазор между седлом и клапаном.

Если говорить о механическом износе деталей, то больше всего поломок связано с критическим износом шестеренок, в результате чего ремень или цепь неплотно прилегают к зубу и возможно проскальзывание.

Фазы ГРМ и тепловой зазор

Самостоятельно продиагностировать состояние фаз газораспределительного механизма довольно сложно. Для этого необходим набор таких инструментов, как малка-угломер, моментоскоп, указатель и др. Процедура выполняется на заглушенном двигателе.

Малка-угломер устанавливается на шкив коленчатого вала. Проверяется период открытия клапана всегда в 1-м цилиндре. Для этого вручную проворачивают коленчатый вал до появления зазора между клапаном и коромыслом. С помощью малки-угломера на шкиве определяют зазор и делают выводы.

Самый простой, но наименее точный метод замера теплового зазора выполняется с помощью набора пластин длиной 100 мм и максимальной толщиной 0,5 мм. Выбирается один из цилиндров, на котором будут проводиться замеры. Его необходимо довести до ВМТ с помощью ручного поворота коленчатого вала.

В сформировавшийся зазор вставляются пластины. Метод не дает 100%-й точности и результата. Ведь допустимая погрешность зачастую слишком велика. Кроме того, если имеется неравномерный износ бойка коромысла и штока, то полученные данные вообще можно во внимание не брать.

Обслуживание ГРМ

Как показывает практика, большая часть поломок газораспределительного механизма связана с несвоевременным ТО. К примеру, производитель рекомендует менять ремень каждые 120 тысяч километров. Владелец же не берет во внимание эти данные и использует ремень по 200 тысяч. В результате последний рвется, сбиваются метки ГРМ, клапаны сталкиваются с поршнями и требуется капитальный ремонт.

Это же касается и такого элемента механизма, как водяной насос. Он создает необходимое давление охлаждающей жидкости для ее циркуляции по системе. Разрушение крыльчатки или выход из строя уплотнительной прокладки приводят к серьезным проблемам с двигателем. Ролики и натяжитель тоже подлежат замене. Любой подшипник рано или поздно выходит из строя.

Если своевременно менять ролики и сам натяжитель, то шанс столкнуться с такой проблемой минимален. Заклинивание ролика очень часто приводит к обрыву ремня. Именно поэтому необходимо выполнять своевременное техническое обслуживание газораспределительного механизма.

О ремонте грм

В большинстве случаев при обрыве ГРМ на средних и высоких оборотах требуется капитальный ремонт двигателя. Практически всегда замене подлежит цилиндро-поршневая группа. Но даже при нормальной эксплуатации детали подвергаются износу.

Первым делом страдают шейки, кулачки, а также существенно увеличиваются зазоры в подшипниках коленвала. Выполняются все работы только специалистами при помощи высокоточного оборудования.

Все проточки делаются под ремонтные размеры, которые закладываются заводом-изготовителем. Обычно предусмотрено 2 капитальных ремонта, после чего двигатель необходимо менять на аналогичный.

Немного информации о метках

Как уже было отмечено выше, ГРМ — узел сложный и крайне ответственный. Если привод газораспределительного механизма не синхронизирован, то завести автомобиль не выйдет. Основная причина рассинхронизации — сбитые метки. Ремень или цепь могут ослабиться из-за выхода из строя натяжителя или естественного износа.

Метки выставляются относительно коленчатого вала. Для этого снимается шкив, что позволит нам увидеть шестеренку, на ней есть метка, которая должна совпадать с отметкой на масляном насосе или блоке. Соответствующие метки имеются и на распределительных валах.

Используя инструкцию по эксплуатации, выставляют метки ГРМ. Очень важно понимать, что от правильности выполнения работ зависит результат. Перепрыгнувший на один зуб ремень — это не страшно, мотор будет работать, но с отклонениями. Если же метка уйдет на несколько делений, то завести авто будет невозможно.

Качественные запасные части

Мы разобрались с тем, каково назначение газораспределительного механизма. Вы уже знаете, что это очень ответственный узел, который должен регулярно обслуживаться. Но важно учитывать еще и качество запасных частей. Ведь именно от них зачастую зависит срок службы ГРМ.

Квалифицированная установка оригинальных комплектующих системы газораспределительного механизма практически полностью гарантирует бесперебойную работу узла в течение срока до планового обслуживания. Что касается сторонних производителей, то тут нет никаких гарантий, особенно если речь идет о комплектующих из Китая посредственного качества.

Подведем итоги

Чтобы узел работал исправно, его необходимо вовремя обслуживать. Стоит понимать, что чем сложнее мотор, тем дороже обойдется комплект ГРМ. Но экономить однозначно не стоит. Ведь скупой платит дважды. Поэтому лучше один раз купить дорогие запасные части и спать спокойно.

Замену водяной помпы при ее неисправности можно приравнять к полной замене механизма. Далеко не любая конструкция двигателя позволяет допускать такие ошибки, ведь это будет стоить приличных денег. На некоторых силовых агрегатах обрыв ремня не приводит к капиталке, но на это рассчитывать не стоит.

Устройство автомобилей



Газораспределительный механизм (ГРМ) двигателя внутреннего сгорания предназначен для своевременного впуска свежего заряда в цилиндры двигателя и выпуска из них отработавших газов.

При этом свежим зарядом в карбюраторных двигателях подразумевается порция смеси воздуха и бензина, подаваемого в цилиндр для последующего воспламенения от специального поджигающего устройства.

В дизельных двигателях и прочих двигателях с внутренним смесеобразованием при помощи газораспределительного механизма в цилиндры подается чистый воздух, в который, после предварительного сжатия, впрыскивается топливо при помощи специального устройства (форсунки, компрессора и т. п.

), имеющего отношение к другой системе двигателя – системе питания. Важно

Очевидно, что без тщательно налаженного и безотказно функционирующего газораспределительного механизма двигатель работать не будет.

Исходя назначения и из условий, в которых работают детали и узлы газораспределительного механизма, к нему предъявляются следующие основные требования:

• хорошее наполнение и очистка цилиндров;
• минимальные габариты и масса деталей;
• высокая надежность деталей, обусловленная требуемой жесткостью их конструкции, стойкостью к изнашиванию и высоким температурам;
• минимальные потери на трение при работе;
• простота и технологичность конструкции.

В зависимости от элементов, посредством которых цилиндры двигателя сообщаются с внешней средой, газораспределительные механизмы делятся на клапанные и золотниковые.

Золотниковый принцип газораспределения применяется, преимущественно, в двухтактных двигателях, где подача свежего заряда и удаление отработавших газов осуществляется через специальные окна в цилиндрах, сообщающиеся с впускными и выпускными каналами.

Окна открываются и перекрываются поршнем в процессе его перемещения вдоль цилиндра, т. е. основные функции ГРМ выполняют детали кривошипно-шатунного механизма двигателя.

Обратите внимание

В современных четырехтактных двигателях наибольшее применение получили клапанные ГРМ, обеспечивающие более качественный газообмен без потерь тепловой энергии и части топлива, т. е. способствующие повышению общего КПД теплового двигателя.

Клапанный газораспределительный механизм состоит из привода, передаточных деталей и клапанной группы.
Привод обычно включает зубчатую, ременную или цепную передачу и распределительный вал.

Обратите внимание

Передаточные детали являются промежуточным звеном между приводом и клапанным механизмом.

К передаточным деталям относятся толкатели, штанги, коромысла или другие конструктивные элементы, выполняющие сходные функции.

Совет

Клапанная группа включает клапаны, направляющие втулки клапанов и пружины клапанов с замковыми устройствами.

***



Клапанные газораспределительные механизмы могут иметь различную конструкцию и выполняться по разнообразным техническим решениям.

По расположению клапанов различают ГРМ:

• с нижним расположением клапанов;
• с верхним расположением клапанов.

В случае с нижним расположением (рис. 1) клапаны размещаются, как правило, в один ряд сбоку цилиндров и приводятся в действие через толкатели 9 от общего распределительного вала, на котором выполнены кулачки 10.

Такая схема расположения клапанов имеет существенные недостатки: неудобство регулировки тепловых зазоров, растянутая форма камеры сгорания, высокое сопротивление клапанов, что приводит к недостаточному наполнению и очистке цилиндров.

По этим причинам нижнеклапанная схема газораспределительных механизмов на современных двигателях почти не применяется.

При верхнем расположении клапанов (рис. 1) указанные выше недостатки отсутствуют, поэтому мощность и экономичность двигателя выше.

По расположению распределительного вала ГРМ могут быть:

• с нижним расположением вала;
• с верхним расположением вала.

При нижнем расположении (рис. 1) распределительный вал находится сбоку и немного выше коленчатого вала или над коленчатым валом.

Нижнеклапанный газораспределительный механизм, показанный на рисунке 1,а, выгодно отличается высокой жесткостью и меньшей инерционностью передаточных деталей, чем верхнеклапанный ГРМ, изображенный на рис. 1,б, поскольку второй механизм имеет много промежуточных звеньев (штанги, коромысла).

Эти недостатки можно устранить, используя верхнее расположение распределительного вала (рис. 1,в), когда вал находится в головке блока цилиндров и непосредственно воздействует на клапаны.

Клапанный ГРМ работает следующим образом: приводимый во вращение от коленчатого вала распределительный вал своими кулачками воздействует на толкатели или непосредственно на клапаны через направляющие стаканы (рис. 1,в).

При нижнем расположении клапанов усилие от толкателя передается непосредственно на клапан, а при верхнем – от толкателя на штангу, затем на коромысло и после этого на клапан.

Далее клапан, преодолевая усилие пружины, перемещается в направляющей втулке и открывается, соединяя полость цилиндра с впускным или выпускным каналом (в зависимости от назначения клапана).

При дальнейшем вращении распределительного вала кулачок проворачивается, отпуская клапан, и он возвращается в исходное положение под воздействием пружины, закрывая канал. Поскольку кулачки на распределительном валу выполнены под определенными углами, клапаны цилиндров открываются и закрываются в строго определенные моменты, что обуславливает правильное газораспределение.

По расположению и числу клапанов ГРМ могут быть:

• с продольным расположением относительно оси двигателя;
• с поперечным или косым расположением;
• с двумя клапанами на цилиндр;
• с тремя клапанами на цилиндр;
• с четырьмя клапанами на цилиндр.

Продольное расположение клапанов (рис. 2, а-в) является наиболее простым. Расположение клапанов может быть попарное и или поочередное. При попарном расположении впускные каналы соседних цилиндров могут иметь общий патрубок.

Поперечное расположение клапанов (рис. 2,г) используется при установке свечи зажигания в центре камеры сгорания. При этом обеспечивается лучшее наполнение цилиндров.

Обратите внимание

Если при этом клапаны наклонены или смещены относительно оси цилиндра, то такое расположение клапанов называется косым.

Обратите внимание

Косое расположение позволяет увеличить диаметр клапанов, оптимизировать расположение свечей зажигания или форсунок и форму камеры сгорания.

При поперечном расположении клапанов впускные и выпускные каналы направлены в разные стороны, что позволяет увеличить диаметр клапанов, а значит, увеличить их пропускную способность.

Увеличение диаметра клапанов положительно сказывается на газообмене в цилиндрах, но, вместе с тем, приводит к увеличению массы и габаритов клапана, а значит – к росту инерционных нагрузок на детали, особенно в высокооборотистых двигателях.

Одним из решений этой проблемы является применение многоклапанных двигателей, когда на каждый цилиндр устанавливают три или четыре клапана. Это позволяет увеличить проходное сечение при меньшей массе клапанов.

Тем не менее, и такая конструкция не лишена недостатков, в первую очередь – из-за усложнения и, как следствие, снижения надежности и повышения стоимости.

В газораспределительных механизмах современных двигателей может применяться не только один, но и два распределительных вала. Такие двигатели называют двигателями типа DOHC.

Двигатель DOHC (Double Over Head Camshaft) – это, в соответствии с аббревиатурой, двигатель, имеющий два распределительных вала с верхним расположением. Появление таких двигателей связано с увеличением числа клапанов ГРМ для повышения эффективности процессов газообмена в цилиндрах.

В современных двигателях типа DOHC на каждый цилиндр приходится четыре клапана – два впускных и два выпускных, это позволяет быстрее очистить цилиндр от продуктов сгорания топлива и наполнить его свежим зарядом.

Очевидно, повышения эффективности газообмена можно достичь двумя способами – увеличением диаметра клапанных тарелок или увеличением количества клапанов. В первом случае ограничение накладывает диаметр цилиндра – нельзя увеличивать диаметр тарелки клапана за границы, определяемые диаметром цилиндра двигателя.

Поэтому использование увеличенных до предела тарелок клапанов не позволяет полностью использовать площадь цилиндра для повышения эффективности газообменных процессов.

Второй способ позволяет использовать площадь цилиндра более рационально, но приводит к усложнению конструкции ГРМ.

Важно

Тем не менее, конструкторы современных автомобильных двигателей пошли по пути усложнения клапанного механизма с целью увеличения мощности и КПД при заданных параметра х двигателя.

Некоторые автопроизводители с этой целью используют не четыре клапана на цилиндр, а пять («Audi V6») и даже шесть («Maserati V6 – 4AC – 36v») (см. рисунок 2.а).

По виду привода распределительного вала ГРМ могут быть (рис. 3):

• с приводом от зубчатой передачи;
• с приводом от цепной передачи;
• с приводом от ременной передачи (обычно применяется зубчатый ремень);
• с вальным приводом.

Привод от зубчатой передачи (рис. 4, в) обычно применяют в механизмах с нижним расположением распределительного вала. Как правило, в этом случае используется два косозубых зубчатых колеса, одно из которых устанавливается на коленчатом валу (ведущее), а второе – на распределительном валу (ведомое).

При значительном расстоянии между осями коленчатого и распределительного валов, например при расположении распределительного вала в верхней части блока или двух боковых распределительных валах, привод может иметь три или даже четыре зубчатых колеса. Основное достоинство данного привода заключается в простоте конструкции, удобстве обслуживания, надежности и постоянстве передаточного числа.

Недостатки – относительно высокая стоимость изготовления и повышенный уровень шума.

Вальный привод (рис. 3, г) также надежен в работе и применяется в дизелях большой мощности при расположении распределительного вала в головке блока цилиндров. Его недостатки – сложность конструкции, более низкая жесткость и сложность регулировки по сравнению с приводом от зубчатой передачи.

Цепные передачи тоже используются в качестве привода распределительного вала (рис. 3, б), при этом в качестве промежуточного звена обычно применяются роликовые двухрядные и однорядные цепи.

Преимущество такого привода – возможность передачи момента вращения при больших расстояниях между коленчатым и распределительным валами, простота конструкции, небольшая масса деталей, относительно низкий уровень шума и удовлетворительная надежность.

Недостатки цепного привода – быстрое изнашивание и растяжение цепи, вибрация под действием переменных нагрузок. Для устранения этих недостатков в цепных приводах устанавливаются автоматические натяжные устройства и специальные направляющие колодки.

В двигателях невысокой передаваемой мощности, например, применяемых в легковых автомобилях, нередко в качестве привода распределительного вала используется ременная передача с зубчатым ремнем.

Ремень чаще всего изготовляется из синтетических материалов, армированных стекловолокном или проволочным кордом.

Совет

Преимущества такого привода: малая масса движущихся деталей, низкий уровень шума, устойчивость регулировок, простота технического обслуживания, обусловленная отсутствием потребности в смазке и регулировках при эксплуатации.

Единственный недостаток такой передачи – невысокая долговечность.

На рис. 4 представлены различные приводы клапанного механизма.

При непосредственном приводе (рис. 4, а) на клапан воздействует кулачок распределительного вала через направляющий стакан 1, который исключает дополнительные нагрузки на стержень и втулку клапана.

При верхнем расположении распределительного вала и продольном расположении клапанов привод клапана может осуществляться и через одноплечие рычаги (рис. 4, б-г), а при поперечном и косом расположении клапанов – через коромысла (рис. 4, з).

При нижнем расположении распределительного вала привод клапанов осуществляется, как правило, через коромысла.

***

Представленный ниже видеоролик поможет лучше понять устройство и принцип работы газораспределительного механизма поршневого двигателя внутреннего сгорания.

***

Назначение и устройство распределительного вала

Многоклапанные двигатели



Главная страница

Специальности

Учебные дисциплины

Олимпиады и тесты